Modelagem hidrossedimentológica de bacia hidrográfica com reservatórios

Abstract

As barragens alteram a hidrodinâmica do escoamento fluvial e dos processos de transporte e deposição de sedimentos. O presente trabalho tem por objetivo avaliar e modelar a dinâmica hidrossedimentológica de duas bacias embutidas com represamento hídrico. A área de estudo desta pesquisa foi a bacia hidrográfica do Rio Preto (965,5 km2), localizada no planalto Norte Catarinense. Foram realizadas 20 campanhas de amostragem de sedimentos em suspensão, dois metros a montante da barragem, em quatro profundidades da coluna d´água. A vazão em cada profundidade foi calculada em função da operação de descarga do reservatório. Para amostrar a mistura água-sedimentos da descarga do reservatório foi desenvolvido um amostrador de sedimentos em suspensão. Para bacia do Rio Preto foram usados dados fluviométricos da estação Avencal de responsabilidade da ANA/COPEL. A simulação dos processos hidrossedimentológicos foi realizada com o modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Os resultados do monitoramento identificaram diferentes perfis da concentração de sedimentos em suspensão ao longo da coluna d'água em função da operação da barragem, e a ocorrência de correntes de turbidez de fundo no reservatório desta represa. A análise estatística mostrou que o sedimento em suspensão não responde linearmente aos eventos de precipitação e comportamento da vazão na bacia do Rio Preto. Já na represa Caunal a descarga de sedimentos suspensos possui um retardo de dois dias em relação ao inicio do processo hidrossedimentológico decorrente em sua bacia de contribuição. Este atraso pode ser devido às características hidrodinâmicas do reservatório e ao tipo de operação da barragem. Embora o modelo SWAT tenha apresentado limitações na simulação de reservatórios de grande volume, o desempenho do modelo ficou dentro dos limites aceitáveis para bacia hidrográfica. Os valores de NSE para a validação mensal de vazão e sedimentos para a bacia do Rio Preto foram de 0,70 e 0,86, respectivamente. Ao espacializar o escoamento superficial e a produção de sedimentos, verificou-se a constituição de três agrupamentos de sub-bacias com comportamento hidrossedimentológico distinto em função do relevo e uso e cobertura da terra. Em trabalhos futuros sugere-se que seja feito também o monitoramento do transporte de sedimentos à montante do reservatório para que possa ser analisada a deposição de sedimentos em virtude da barragem. Recomenda-se também que as simulações de vazão e sedimentos em grandes reservatórios sejam aprimoradas a fim de usar o modelo SWAT como ferramenta de gestão de bacias hidrográficas com represamento hídrico.<br>

Abstract : Dams altered the river hydrodynamics and the process of sediment transport and deposition. The aim of the study was to simulate and evaluate the hydrosedimentological dynamic of nested watersheds with river damming. The study area was the Rio Preto watershed (965.5 km2), located in Santa Catarina State, Brazil. Twenty samples of suspended sediment were collected two meters upstream of the dam at four water depths. Flow were estimated four each depth according to reservoir discharge operation. To collect the water-sediment mixture from the reservoir discharge a new sediment sampler were developed. Avencal station streamflow data monitored for ANA/COPEL were used for the Rio Preto watershed. The simulation of hydrosedimentological process was performed with the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. Monitoring results identified different profiles of suspended sediment concentration along the water column due to the dam operation, and the occurrence of current background turbidity in the reservoir of this dam. Statistical analysis indicated that the suspended sediment did not respond linearly to rainfall events and flow behavior in the Rio Preto watershed. The suspended sediments of Caunal dam have a two-day delay relative to the start of hydrosedimentological process resulting in his contribution basin. This delay may be due to the hydrodynamic characteristics of the reservoir and the type of dam operation. Although the SWAT model presented limitations in the simulation of large volume reservoirs, the model performance was within acceptable limits for watershed. NSE values for monthly validation of flow and sediment in the Rio Preto watershed were 0.70 and 0.86, respectively. Spatialize the runoff and sediment yield, there was the creation of three sub-basins of clusters with different hydrosedimentological behavior depending on the topography and land use and land cover. In further research it is needed to measure the sediment transport downstream of the reservoir in order to analyze the sediment deposition due to the dam. It is also recommended to improve SWAT simulations for outflow and sediment in larger reservoirs in order to use the model as tool for proper management of dams.